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新式机械外骨骼 让行走轻松省力

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发表于 2017-2-14 20:04:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
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外骨骼真是风头正劲啊,雷锋网多次报道:可以5年内人类就能变身机器人,可以不增加负载却提升运动能力,可以让你飞檐走壁
如今外骨骼大家庭又添新人。无需使用外部电源就可以让行走更加轻松省力?是的,发表在《自然》杂志上的一项研究让我们再次见识到了外骨骼的力量。
只需要在普通跑鞋上套上靴筒般的外骨骼即可减少行走时7%的能量消耗,对于行走困难者或长途跋涉的军事人员,真是可以派上大用场呢。

研究报告合著者Gregory Sawicki,来自北卡州立大学,他兴奋地表示:“我们通过研究发现,直立行走——人类高度进化的表现,可以通过人工技术得以改进。”
独到之处
其实,这并非研究人员第一次实现行走能耗的降低,2013年时利用空气压缩系统就曾减少6%能耗。 其他人也研发出了依靠马达和电池组供电的外骨骼。但Sawicki和他的团队这次制作成功的外骨骼最独到之处在于:不需要任何外部动力。


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工作原理

与大多数的肌肉不同,小腿肌肉的“启动”不是通过变短或收缩,而是在需要时,为跟腱的伸展和反冲提供刚性连接。这正是外骨骼通过“弹簧与离合器系统”来完成的工作。“你的身体往前的动力被转换成弹簧的拉伸;弹簧抓住了你前进动作的势能。这意味着,弹簧伸展时,人体的部分能量被转移到弹簧上。”“该器件非常轻,才300-500克,不会给行走带来额外负重,不然靠它节省的力气不就白费了。”
同行们如何看待
荷兰Delft 科技大学的生物力学工程师Heike Vallery虽没有参与该项研究,但由衷地认为“节约的能耗相当惊人”。
密歇根大学生物力学工程师Art Kuo也认为“结果可靠,但这仅仅是第一步,与医疗应用还相距甚远。”
其他人则比较关心该器件的日常使用。密歇根大学生物医学工程师Daniel Ferris表示:“目前尚不清楚该器件对于非循环动作会有怎样的作用,比如当人们做出站立、转身、站起、坐下等动作时,它也许达不到节省能耗的效果。”不过他不否认该器件对于老年人,或是有不完全性脊髓损伤,或是多发性硬化症的人能够带来的帮助。
可能给身体带来的影响
使用该器件不是很辛苦,“如果只是使用20分钟左右,大多数人都感觉与腿融为一体,不会有不适感。”脱下来以后,“会感觉腿变得沉重了,有些人需要五分钟缓过来。”
长期使用该器件会给身体带来怎样的影响,还有待进一步研究。想想那些长期坐在轮椅上的人,腿部肌肉会退化,所以这个问题不得不思考。“如果长期使用外骨骼,腿的形态也许会发生变化,目前还不好说。”
路漫漫 其修远兮
该设计花了五年的时间,能走到今天这一步,与医学成像技术的进步密不可分。“2000年后,人们才开始使用超声成像来解析肌肉的运动情况。得益于这些技术,我们能够看到小腿肌肉和跟腱表现得像离合器和弹簧。”
外骨骼不能做的事情还很多,“而且不太结实,跑步时使用会断裂。”研究人员必须找到加固的方法,使其承受更大的冲击。“使用其他材料,如电活性聚合物,也许可以改善。”
不过,如果你只是想散个步,外骨骼完全帮得上忙。喜欢登山、远足的人也许会试试。“但我们真正感兴趣的是医疗应用。鉴于医疗器械的法规,外骨骼投放市场时可能作为消遣装置,最终产品售价应该不到1000美元。”
目前,这款外骨骼还没有正式命名。“我喜欢科幻类的东西,它为科学研究提供了很大的动力,但是离现实还是有点远。而且,我们的目标不是为超级英雄制作套装。就算我们能够建造钢铁侠,日常使用时会方便吗?而且大部分的人负担不起。我们希望可以造福大多数人。”
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